Numerische Berechnung der thermischen Belastung und der Lebensdauer von Werkzeugen beim Thixoschmieden von Stahl.

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, seit 10/2017
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299534929

Die Formgebung von Metallen im teilflüssigen Zustand stellt aufgrund des komplexen Belastungsprofils hohe Anforderungen an die eingesetzten Werkzeuge. Neben den mechanischen Beanspruchungen sind die formgebenden Werkzeuge starken Temperaturwechselbelastungen ausgesetzt, die aus der Anfangstemperatur (zwischen der Solidus- und Liquidustemperatur) der Legierungen und der maximalen Vorwärmtemperatur der Werkzeugrahmen resultieren. Im Falle des Thixoformings von Stählen liegen die Verarbeitungstemperaturen bei ca. 1.300-1.500°C, während die Werkzeug-Vorwärmtemperaturen auf ca. 300-500°C begrenzt sind, da die maschinelle Umgebung meist aus Stahl besteht. Hinzu kommen korrosive Belastungen der Werkzeugoberfläche, insbesondere durch die Schmelzphase der teilflüssigen Legierungen. Des Weiteren kommt es zu einem tribologischen Angriff durch den Festphasen-Anteil während der Umformung bzw. durch das erstarrte Bauteil während der Entnahme aus dem Werkzeug.Die Werkzeug- und Werkzeugfolgekosten haben beim Thixoforming einen erheblichen Anteil an den Gesamtkosten des zu fertigenden Bauteils. Ein Ansatz zur Kostenreduzierung sind Maßnahmen die zu einer Erhöhung der Werkzeugstandmenge führen. Einen wichtigen Beitrag hierzu kann die Prozess- und Werkzeugauslegung mit Hilfe der FE-Simulation unter Berücksichtigung der Werkzeugbeanspruchung leisten. Die Vorhersage des Werkzeugversagens ermöglicht die Erhöhung der Werkzeugstandmenge durch eine angepasste Prozess- und Werkzeugauslegung.Der Schwerpunkt im beantragten Förderungszeitraum liegt in der Vorhersage des Werkzeugversagens beim Thixoforming infolge thermisch-mechanischer Materialermüdung. Hierfür ist eine realitätsnahe Abbildung des Werkstoffverhaltens notwendig. Daher soll bei der Modellierung ein zwei-Phasen-Modell zur numerischen Abbildung des Materialverhaltens in eine kommerzielle FE-Software implementiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Anas Bouguecha, bis 10/2017